太赫兹时域光谱技术原理 - 太赫兹时域光谱技术原理分析_太赫兹时域光谱技术的应用

3、太赫兹时域光谱技术原理

3.1、透射式太赫兹时域光谱技术

如图2所示，在时域光谱系统中可测得含有样品信息的太赫兹透射脉冲Esam（t）和不含样品信息的参考脉冲Eref（t），然后分别对它们进行傅立叶变换，将它们转换到频域中的复值Esam（w）和Eref（w），可求出它们的比值为：

3.2、反射式太赫兹时域光谱技术

反射式THz-TDS系统在实验技术上要求比较高。这是因为扫描参考信号时，样品架的位置应该放上与样品的表面结构基本一样的金属反射镜，而且要求反射镜的位置和样品的位置严格复位。这就加大了样品、样品架及用作参考的金属反射镜的制作难度。它的参数提取方法与透射式系统相比也有共通之处。

3.3、其他探测方法

另外，THz-TDS技术还包括泵浦探测技术以及基于连续波（CW）太赫兹辐射的互相关THz-TDS技术。太赫兹发射光谱技术是直接探测由样品所激发产生的太赫兹脉冲辐射方法。由前文可知，样品在被超短飞秒脉冲激发之后所辐射出的太赫兹脉冲包含了关于瞬态电流强度或极化强度的信息。通过直接测量太赫兹脉冲辐射可以研究样品中的超快过程，从而得到样品的各种性质。这种技术可以用于研究量子结构、半导体表面、等离子体、磁场在载流子动力学中的影响等等。

泵浦探测技术是利用延迟的太赫兹脉冲来探测样品，研究样品在超短强激光脉冲激发下的反应函数，该项技术是基于透射式光谱系统发展而来的，所不同的是在样品上加一束激发光。此项技术可成功地用于半导体、超导体、和液体中载流子动力学的研究。

4、太赫兹时域光谱技术的应用

THz-TDS技术可以用来研究平衡系统和非平衡系统。对于平衡系统，主要是获取材料样品在太赫兹波段的复折射率;而对于非平衡系统，主要是通过研究太赫兹脉冲的波形来获取材料样品中的电流强度或极化强度的瞬态变化。根据不同的样品、不同的测试要求可以采用不同的探测装置。另外，正如前文所述，利用THz-TDS技术还可以研究半导体电性的非接触特性、铁电晶体和光子晶体的介电特性、生物分子中小的生物分子之间的分子间相互作用以及生物大分子的低频特性等等。而基于THz-TDS技术的太赫兹时域光谱成像技术更有其广袤的应用领域和美好的应用前景。

5、总结和展望

太赫兹时域光谱系统技术作为一种新兴的太赫兹技术，由于其独有的优点，使其在近十年间得到了快速的发展及广泛的应用。但是目前THz-TDS技术的光谱分辨率与窄波段技术相比还很粗糙，其测量的频谱范围也比傅立叶变换光谱（FTS）技术小。提高光谱分辨率和扩大测量频谱范围将是未来THz-TDS技术发展的主要方向。同时，现有的太赫兹时域光谱系统及成像系统的设备不仅价格昂贵，信息处理过程也很复杂，有待于进一步实用化。随着激光器成本的降低，更高效的太赫兹发射器和探测器的出现，以及更先进的光学设计，THz-TDS技术将有着广阔的商业应用前景。为了在现场应用太赫兹技术，还要使太赫兹系统向微型化发展.